[发明专利]一种石墨烯纳米孔测序仪及其测序方法

说明书

本发明涉及一种石墨烯纳米孔测序仪，包括探针纳米运动平台、AFM探针、纳米孔芯片、疏水液池以及三维纳米运动平台；所述AFM探针装夹在所述探针纳米运动平台上，所述疏水液池固定在所述三维纳米运动平台上，所述纳米孔芯片安装在所述疏水液池内；所述AFM探针的针尖设置有DNA四面体；所述纳米孔芯片上刻蚀有固态纳米孔且所述疏水液池内部的溶液通过所述纳米孔连通，所述纳米孔下方的溶液内设置有若干颗磁珠。本发明的石墨烯纳米孔测序仪能实现纳米孔精确寻址及单DNA分子可控过孔，用于降低DNA分子的过孔速度和抑制纳米孔中的DNA位移热运动，为实现单碱基测序提供新方法。

技术领域

本发明涉及单分子控制领域及分子检测领域，具体涉及一种石墨烯纳米孔测序仪及其测序方法。

背景技术

目前市场上广泛接受的纳米孔测序平台是Oxford Nanopore Technologies(ONT)公司的MinION，GridION和PromethION三款不同类型测序仪器。ONT测序的特点是单分子测序，测序读长长，测序速度快，测序数据实时监控，机器便携等。2018年自然杂志上发表了许多里程碑式的纳米孔测序文章：直接RNA测序文章、首个纳米孔人类基因组测序文章，展示迄今为止使用单一测序技术完成的最完整的基因组。然而，以上实验大部分是使用ONT公司MinION检测得到的实验结果，而ONT公司仪器使用的都是生物纳米孔技术。生物纳米孔具有寿命短、抗化学、机械性能差等缺点。而固态纳米孔相对生物纳米孔在成本、使用寿命、机械性能等方面具有十分巨大的优势。然而，目前尚无课题组使用固态纳米孔完成测序工作。

固态纳米孔测序面临的挑战主要有：一、时间分辨率，在电场的作用下，DNA过孔速度太快难以采集足够的有效数据点；二、空间分辨率，相邻碱基距离仅为0.34nm，要实现单碱基分辨率纳米孔厚度必需小于0.34nm，并且需要确保仅有单条DNA链通过纳米孔，防止其他DNA链对碱基数据信息采集的干扰，与此同时，需要帮助单条DNA链在其链长范围内找到纳米孔位置，使DNA链能够顺利穿过纳米孔，实现碱基信号采集。

发明内容

为了解决上述现有的固态纳米孔测序在时间分辨率以及空间分辨率所面临的难题，本发明提供了一种石墨烯纳米孔测序仪及其测序方法，实现纳米孔精确寻址及单DNA分子可控过孔，用于降低DNA分子的过孔速度和抑制纳米孔中的DNA位移热运动，为实现单碱基测序提供新方法。

为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：

一种石墨烯纳米孔测序仪，包括探针纳米运动平台、AFM探针、纳米孔芯片、疏水液池以及三维纳米运动平台；所述AFM探针装夹在所述探针纳米运动平台上，所述疏水液池固定在所述三维纳米运动平台上，所述纳米孔芯片安装在所述疏水液池内；所述AFM探针的针尖设置有DNA四面体；所述纳米孔芯片上刻蚀有固态纳米孔且所述疏水液池内部的溶液通过所述纳米孔连通，所述纳米孔下方的溶液内设置有若干颗磁珠。

进一步的，所述探针纳米运动平台的纵向闭环行程大于25μm，其闭环分辨率小于0.3nm；所述三维纳米运动平台的三维方向闭环行程X/Y/Z均大于10μm，其闭环分辨率小于5nm，控制效果更好，控制精度更高。

进一步的，所述AFM探针包括基体、金修饰层、金表面以及隔离层；所述金修饰层通过薄膜沉积技术包覆在所述基体的外侧表面，所述隔离层通过薄膜沉积技术包覆在所述金修饰层的外侧表面，所述金表面通过微纳加工制造技术刻蚀在所述AFM探针的尖端处并刻穿所述隔离层，所述金表面与所述DNA四面体相连，能够更好地进行测序。

进一步的，所述DNA四面体的棱长为10bp～50bp，即3.4nm～17nm，DNA四面体用于捕获单条DNA链，这样的设计能够更好地进行测序。

进一步的，所述金修饰层的厚度为30～100nm；所述隔离层的厚度为10～50nm；所述金表面的直径大于所述DNA四面体的棱长，能够更好地进行测序。